摘要：研究人員近日首次繪制出大腦溶酶體蛋白圖譜，揭示了不同腦細(xì)胞類型中與溶酶體關(guān)聯(lián)最密切的蛋白質(zhì)。
正常運作的腦細(xì)胞需要一個高效的系統(tǒng)來清理垃圾和分類回收物質(zhì)。不過，當(dāng)負(fù)責(zé)這些任務(wù)的細(xì)胞凈化裝置（溶酶體）出現(xiàn)故障或不堪重負(fù)時，就會增加患阿爾茨海默病、帕金森病及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系助理教授Monther Abu-Remaileh指出：“溶酶體功能對大腦健康至關(guān)重要，溶酶體基因的突變是神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險因素。”
問題在于，科學(xué)家并不完全清楚溶酶體是如何發(fā)揮作用的，以及溶酶體出了什么問題才會導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變。或許還存在其他尚未發(fā)現(xiàn)的溶酶體疾病。
這一局面或?qū)⒏淖儭?/div>
圖1 細(xì)胞類型解析的腦溶酶體蛋白質(zhì)圖譜揭示SLC45A1相關(guān)疾病為溶酶體功能異常
圖2 腦組織細(xì)胞類型特異性溶酶體分離技術(shù)
圖1 細(xì)胞類型解析的腦溶酶體蛋白質(zhì)圖譜揭示SLC45A1相關(guān)疾病為溶酶體功能異常
斯坦福大學(xué)等機構(gòu)的研究人員近日首次繪制出大腦溶酶體蛋白圖譜，揭示了不同腦細(xì)胞類型中與溶酶體關(guān)聯(lián)最密切的蛋白質(zhì)。這些數(shù)據(jù)將助力科學(xué)界深入了解溶酶體的功能機制以及溶酶體功能失調(diào)時會發(fā)生什么。
研究團隊于1月22日在《Cell》雜志上發(fā)表了研究成果。他們利用該圖譜將一種罕見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病——SLC45A1相關(guān)疾病——與溶酶體功能障礙關(guān)聯(lián)起來。
這項新研究基于Abu-Remaileh團隊早期在溶酶體上開展的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。他們意識到，難點在于如何將溶酶體與其他細(xì)胞器分離，同時又完整保留其內(nèi)部的化學(xué)成分。
幾年前，Abu-Remaileh團隊開發(fā)出一種名為LysoIP的新方法，該方法可以標(biāo)記溶酶體，使其與其他細(xì)胞組分分離。2022年，實驗室將這項技術(shù)擴展到基因改造小鼠，使溶酶體能夠自動表達(dá)該標(biāo)記。
基于這種名為LysoTag的方法，研究人員發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)CLN3在脂質(zhì)分解中的作用，以及CLN3缺失如何導(dǎo)致巴頓?。˙atten disease），這是一種罕見的兒童疾病。
于是，他們開始思考：如果能更深入地了解像CLN3這樣的蛋白質(zhì)在大腦中的主要分布區(qū)域，或許就能更清楚地掌握它們的功能與異常機制。
Abu-Remaileh及其同事首先擴展了LysoTag的功能，將其與一種靶向特定細(xì)胞的方法相結(jié)合。通過這種方式，他們將LysoTag添加到特定細(xì)胞類型中，并從四種主要腦細(xì)胞類型（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）中分別提取溶酶體蛋白。
隨后，研究人員與德國萊布尼茨老年病研究所的Julia Heiby和Allesandro Ori合作，開發(fā)了數(shù)據(jù)分析工具，以確定哪些蛋白質(zhì)與這四種腦細(xì)胞中的溶酶體關(guān)聯(lián)最密切。
借助這些工具，研究團隊構(gòu)建出一份圖譜，包含790種與溶酶體相關(guān)的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在溶酶體中的存在概率遠(yuǎn)高于其他部位。
他們發(fā)現(xiàn)67種溶酶體蛋白與癡呆癥、帕金森病及溶酶體貯積癥相關(guān)。進一步分析顯示，其中部分蛋白在特定細(xì)胞類型中的表達(dá)量明顯更高。例如，與額顳葉癡呆相關(guān)的GRN蛋白，在與神經(jīng)退行性病變密切相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞中的豐度遠(yuǎn)高于其他細(xì)胞類型。
圖譜中的另一種蛋白質(zhì)引起了團隊的關(guān)注。研究人員知道SLC45A1蛋白參與糖類跨膜運輸，其突變會導(dǎo)致智力障礙及神經(jīng)精神癥狀，但此前無人將其與溶酶體或溶酶體功能障礙關(guān)聯(lián)起來。
圖2 腦組織細(xì)胞類型特異性溶酶體分離技術(shù)
體外和體內(nèi)實驗的結(jié)果表明，SLC45A1缺失會破壞溶酶體降解過程，導(dǎo)致溶酶體難以清除廢物。這強烈表明SLC45A1相關(guān)疾病屬于溶酶體貯積癥。
SLC45A1作為溶酶體糖類轉(zhuǎn)運蛋白發(fā)揮作用，并影響V-ATPase的V1亞基穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，SLC45A1缺失會降低溶酶體V1亞基水平，升高溶酶體pH值，破壞鐵穩(wěn)態(tài)，進而導(dǎo)致線粒體功能障礙。
研究人員認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)只是起點。共同第一作者、斯坦福大學(xué)的Ali Ghoochani表示，他們計劃深入解析SLC45A1在溶酶體中的功能，最終有望為治療方法提供依據(jù)。
“我們的研究結(jié)果揭示了大腦中細(xì)胞類型特異性的溶酶體蛋白質(zhì)組學(xué)景觀，為未來探索溶酶體生物學(xué)及其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用奠定了基礎(chǔ)，” 作者在文中寫道。
參考資料
[1] Cell-type resolved protein atlas of brain lysosomes identifies SLC45A1-associated disease as a lysosomal disorder
摘要：研究人員近日首次繪制出大腦溶酶體蛋白圖譜，揭示了不同腦細(xì)胞類型中與溶酶體關(guān)聯(lián)最密切的蛋白質(zhì)。
正常運作的腦細(xì)胞需要一個高效的系統(tǒng)來清理垃圾和分類回收物質(zhì)。不過，當(dāng)負(fù)責(zé)這些任務(wù)的細(xì)胞凈化裝置（溶酶體）出現(xiàn)故障或不堪重負(fù)時，就會增加患阿爾茨海默病、帕金森病及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系助理教授Monther Abu-Remaileh指出：“溶酶體功能對大腦健康至關(guān)重要，溶酶體基因的突變是神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險因素?！?/div>
問題在于，科學(xué)家并不完全清楚溶酶體是如何發(fā)揮作用的，以及溶酶體出了什么問題才會導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變?；蛟S還存在其他尚未發(fā)現(xiàn)的溶酶體疾病。
這一局面或?qū)⒏淖儭?/div>
圖1 細(xì)胞類型解析的腦溶酶體蛋白質(zhì)圖譜揭示SLC45A1相關(guān)疾病為溶酶體功能異常
圖2 腦組織細(xì)胞類型特異性溶酶體分離技術(shù)
圖1 細(xì)胞類型解析的腦溶酶體蛋白質(zhì)圖譜揭示SLC45A1相關(guān)疾病為溶酶體功能異常
斯坦福大學(xué)等機構(gòu)的研究人員近日首次繪制出大腦溶酶體蛋白圖譜，揭示了不同腦細(xì)胞類型中與溶酶體關(guān)聯(lián)最密切的蛋白質(zhì)。這些數(shù)據(jù)將助力科學(xué)界深入了解溶酶體的功能機制以及溶酶體功能失調(diào)時會發(fā)生什么。
研究團隊于1月22日在《Cell》雜志上發(fā)表了研究成果。他們利用該圖譜將一種罕見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病——SLC45A1相關(guān)疾病——與溶酶體功能障礙關(guān)聯(lián)起來。
這項新研究基于Abu-Remaileh團隊早期在溶酶體上開展的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。他們意識到，難點在于如何將溶酶體與其他細(xì)胞器分離，同時又完整保留其內(nèi)部的化學(xué)成分。
幾年前，Abu-Remaileh團隊開發(fā)出一種名為LysoIP的新方法，該方法可以標(biāo)記溶酶體，使其與其他細(xì)胞組分分離。2022年，實驗室將這項技術(shù)擴展到基因改造小鼠，使溶酶體能夠自動表達(dá)該標(biāo)記。
基于這種名為LysoTag的方法，研究人員發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)CLN3在脂質(zhì)分解中的作用，以及CLN3缺失如何導(dǎo)致巴頓?。˙atten disease），這是一種罕見的兒童疾病。
于是，他們開始思考：如果能更深入地了解像CLN3這樣的蛋白質(zhì)在大腦中的主要分布區(qū)域，或許就能更清楚地掌握它們的功能與異常機制。
Abu-Remaileh及其同事首先擴展了LysoTag的功能，將其與一種靶向特定細(xì)胞的方法相結(jié)合。通過這種方式，他們將LysoTag添加到特定細(xì)胞類型中，并從四種主要腦細(xì)胞類型（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）中分別提取溶酶體蛋白。
隨后，研究人員與德國萊布尼茨老年病研究所的Julia Heiby和Allesandro Ori合作，開發(fā)了數(shù)據(jù)分析工具，以確定哪些蛋白質(zhì)與這四種腦細(xì)胞中的溶酶體關(guān)聯(lián)最密切。
借助這些工具，研究團隊構(gòu)建出一份圖譜，包含790種與溶酶體相關(guān)的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在溶酶體中的存在概率遠(yuǎn)高于其他部位。
他們發(fā)現(xiàn)67種溶酶體蛋白與癡呆癥、帕金森病及溶酶體貯積癥相關(guān)。進一步分析顯示，其中部分蛋白在特定細(xì)胞類型中的表達(dá)量明顯更高。例如，與額顳葉癡呆相關(guān)的GRN蛋白，在與神經(jīng)退行性病變密切相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞中的豐度遠(yuǎn)高于其他細(xì)胞類型。
圖譜中的另一種蛋白質(zhì)引起了團隊的關(guān)注。研究人員知道SLC45A1蛋白參與糖類跨膜運輸，其突變會導(dǎo)致智力障礙及神經(jīng)精神癥狀，但此前無人將其與溶酶體或溶酶體功能障礙關(guān)聯(lián)起來。
圖2 腦組織細(xì)胞類型特異性溶酶體分離技術(shù)
體外和體內(nèi)實驗的結(jié)果表明，SLC45A1缺失會破壞溶酶體降解過程，導(dǎo)致溶酶體難以清除廢物。這強烈表明SLC45A1相關(guān)疾病屬于溶酶體貯積癥。
SLC45A1作為溶酶體糖類轉(zhuǎn)運蛋白發(fā)揮作用，并影響V-ATPase的V1亞基穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，SLC45A1缺失會降低溶酶體V1亞基水平，升高溶酶體pH值，破壞鐵穩(wěn)態(tài)，進而導(dǎo)致線粒體功能障礙。
研究人員認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)只是起點。共同第一作者、斯坦福大學(xué)的Ali Ghoochani表示，他們計劃深入解析SLC45A1在溶酶體中的功能，最終有望為治療方法提供依據(jù)。
“我們的研究結(jié)果揭示了大腦中細(xì)胞類型特異性的溶酶體蛋白質(zhì)組學(xué)景觀，為未來探索溶酶體生物學(xué)及其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用奠定了基礎(chǔ)，” 作者在文中寫道。
參考資料
[1] Cell-type resolved protein atlas of brain lysosomes identifies SLC45A1-associated disease as a lysosomal disorder
